五指仿人灵巧手运动学与动力学模型

对气动人工肌肉驱动的五指仿人灵巧手进行了运动学及动力学分析. 在Matlab上进行了仿真计算,建立了灵巧手的运动学模型并求得其解析解;同时用Newton-Euler方法对灵巧手进行了逆动力学分析,得出了灵巧手的动力学方程.通过基于灵巧手动力学模型和气动人工肌肉静态模型的主从控制实验,结果表明,可以通过数据手套采集关节的角度变化信息控制灵巧手完成抓取物体的动作.     

基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手设计与性能研究

为满足工业上对机器人灵巧手灵巧度高、承载能力强和精度高的要求,提出一种具有2T1R运动类型的仿人并联手指机构,并设计一种基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手.对并联手指机构进行了 自由度、运动学的分析,并用Adams对运动学分析进行了验证;利用机构的约束条件,确定了并联手指机构的工作空间;根据所建立的雅克比矩阵,研究了并联手指机构的奇异性与灵巧性,分析了力的传递性质;建立了灵巧手的抓取模型,分析了灵巧手协调操作的自由度、运动学和空间.通过研究分析,验证了灵巧手可行性与实用性,运动及性能方面可以满足工业生产的需求.     

可侧摆腱驱五指灵巧手的设计与仿真

为了实现五指灵巧手对多种物体稳定抓取的目的,针对灵巧手结构复杂、成本高等问题,提出了一种基于蜗轮蜗杆驱动的手指侧摆方案,设计了一种以腱绳作为传动方案的仿人型五指灵巧手,具有驱动简单、质量轻、成本低等优点;利用D-H法建立了灵巧手指的运动学模型;且利用MATLAB的机器人工具箱,分析了手指的工作空间;利用ADAMS软件创建五指灵巧手的虚拟模型,分析了此单腱欠驱动灵巧手设计的有效性和抓取可行性。     

关于PMA驱动的手指关节半径优化问题的研究

提出在气动人工肌肉驱动的关节系统中存在一个最优关节半径,使得对同一系统输出转矩达到最大. 通过分析气动人工肌肉静态特性模型,推导出关节静特性模型. 改变气动人工肌肉的结构参数或状态参数进行仿真,得到关节半径变化与关节输出转矩之间的关系,并计算出最优关节半径. 关节转角越大,最优关节半径越小;肌肉越长,最优关节半径越大,肌肉的直径对最优关节半径影响不明显. 该分析方法与结果对气动肌肉驱动的灵巧手的结构设计起到有效的指导作用.     

微直线驱动器位置模糊控制

由于传统机器人末端夹持器的局限性,近十几年来,仿人多指灵巧手得到很大的发展.针对用于手指关节驱动的微直线驱动器的位置控制,提出一种变结构模糊控制方法,解决了在负载变化较大情况下的控制问题.仿真与实际应用的结果证明了该方法的有效性.     

基于弹性铰链的仿人型肌电假手设计

截肢患者需要外形与人手相似、重量轻、体积小,并且具有人手大部分抓取功能和适当操作功能的假手,基于对人手骨骼结构和功能的分析,提出了一种仿人型肌电假手设计.该假手具有5只手指和4个自由度,分别由4个独立的驱动器进行控制;手指的关节基于弹性铰链进行设计,相邻的指骨间通过螺旋弹簧连接;除拇指外,每只手指均为单自由度,关节之间的运动通过腱驱动耦合实现;驱动系统设计安装在手掌内,具有紧凑的结构,对各个手指的运动灵活控制.通过对手指的运动学分析以及对假手功能的模拟证实,该假手能够实现日常生活中大部分的手势和抓取功能.     

基于CATIA/ADAMS仿人灵巧手建模与动力学仿真

应用三维造型设计软件CATIA设计了仿人灵巧手的三维参数化模型,通过CATIA与ADAMS之间的无缝接口程序SimDesigner,将其导入机械动力学仿真软件ADAMS中,进行后续的约束和驱动,完成了仿人灵巧手机构的运动学仿真分析.分析验证了设计的仿人灵巧手模型的合理性和正确性.     

一种欠腱驱动的四指机械手

文章提出一种欠腱驱动的四指机械手.每个多指节手指仅用一根腱驱动手指弯曲运动,与现有多指灵巧手和欠驱动多指杆机械手相比,这种欠腱驱动的四指机械手具有结构简单、紧凑,且能减少控制的复杂性、重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力.     

气动人工肌肉驱动仿人肩关节机器人的设计及力学性能分析

柔索驱动球关节机器人采用柔索替代连杆作为机器人的传动元件,结合了并联机构和柔索传动的优点. 文中提出了一种新型带有万向球轴承的仿人肩关节并联机器人,它由多支气动人工肌肉驱动,由于万向球驱动机构的引入,机器人可实现空间的三维转动. 介绍了该机器人的机构构型,并对其进行了力学性能分析. 该机器人的运动范围及负重能力达到并超过了人体肩关节性能指标的1/2. 相比其他并联机器人,该设计具有结构简单、旋转范围大、输出力矩大等特点.      

欠驱动灵巧手的优化设计及仿真分析

传统欠驱动机械手的运动空间相对固定、操作功能单一,对抓取物没有较强的自适应性,为此设计一种新的连杆式欠驱动灵巧手机构,并进行设计优化和仿真抓取实验。阐述了该灵巧手的整体机构设计及工作原理,其可实现包络和指尖两种抓取模式。根据手指的几何尺寸采用协同耦合方式设计手掌尺寸,利用可变手掌协同手指抓取,提高了灵巧手在抓取形状复杂和不同尺寸物体时的自适应性。基于虚功原理建立灵巧手单指各关节的接触力模型,针对抓取过程中存在的抓取力不足及抓取不稳等问题,使用NSGA-II优化算法对单指机构的杆长进行尺度综合。利用建立的虚拟样机进行仿真抓取实验,结果表明,该灵巧手具有较强的自适应性,能够稳定抓取多种形状和尺寸的物体。     

—种欠腱驱动的四指机械手

文章提出一种欠腱驱动的四指机械手。每个多指节手指仅用一根腱驱动手指弯曲运动,与现有多指灵巧手和欠驱动多指杆机械手相比,这种欠腱驱动的四指机械手具有结构简单、紧凑,且能减少控制的复杂性、重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

基于CFFCA的全驱动五指灵巧手抓取研究

为精确控制灵巧手对目标物体的抓取,针对灵巧手对目标物体的抓取控制实时性不高的问题,设计了全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I。分析了单根手指的正运动学与逆运动学,提出了接触力反馈控制算法( CFFCA: Contact Force Feedback Control Algorithm) ,利用压力传感器的反馈值,实时控制灵巧手和目标物体之间的接触力,并且详细描述了灵巧手的强力抓取和精确抓取两种抓取模式。在全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I 上的实验证明,在两种抓取模式下该算法对两种尺寸的目标物体实现抓取控制是可行的。利用提出的接触力反馈控制算法可控制全驱动灵巧手和目标物体之间的接触力,实现灵巧手对不同大小的目标物体的稳定抓取操作,实验结果表明,该算法实时性较好,有很高的灵巧性,具有应用价值。     

Optimal design and workspace analysis of tooth-arrangement three-fingered dexterous hand

Based on analysis of human hand grasp, the finger number and the kinematic pair pattern are decided. Aiming at the parameters of each finger, a multi-objective function for optimizing the structure of multi-fingered hand was proposed. Considering the peculiarity of tooth-arrangement and dexterous hand grasp, the constraints were established, and a satisfactory result was gained. Furthermore, the optimal results were analyzed, and a law of parameter optimal design was given. It is proved that this optimizati...     

基于FPGA的嵌入式系统在灵巧手中的应用

研究了一种基于FPGA和NIOSⅡ双核处理器结构的控制系统,这种系统在结构上更为紧凑的同时,性能更为完善,并将其应用在新一代仿人灵巧手中.系统将算法计算处理和通信任务处理使用两个NIOSⅡ软核分开处理,提高了系统性能,并实现了单个芯片完成系统控制模块,多任务环境,以太网接口及TCP/IP协议栈,CAN、高速串行通信等功能.     

人手抓取特性与机械手神经网络抓取策略

分析了人手抓取的各种姿态,提出了３种基本的抓取姿态结构,并举例说明了人手的阎姿态分解为３种基本姿态的组合,基于人手的巧手性,机械手的抓取可模仿人手的抓取特性,根据姿态,物体,任务之间的关系,提出了神经网络规划的抓取方法,并设计相应的神经网络。     

Optimal design and workspace analysis of tooth-arrangement three-fingered dexterous hand

Based on analysis of human hand grasp, the finger number and the kinematic pair pattern are decided. Aiming at the parameters of each finger, a multi-objective function for optimizing the structure of multi-fingered hand was proposed. Considering the peculiarity of tooth-arrangement and dexterous hand grasp, the constraints were established, and a satisfactory result was gained. Furthermore, the optimal results were analyzed, and a law of parameter optimal design was given. It is proved that this optimization method is effective to optimize the relation of each parameter and make it integrated optimum under each standard. At last, the practical workspace of this hand was analysed and simulated. And a new effective simulation method of workspace was proposed.     

Optimal design and workspace analysis of tooth-arrangement three-fingered dexterous hand

Based on analysis of human hand grasp, the finger number and the kinematic pair pattern are decided. Aiming at the parameters of each finger, a multiobjective function for optimizing the structure of multifingered hand was proposed. Considering the peculiarity of tootharrangement and dexterous hand grasp, the constraints were established, and a satisfactory result was gained. Furthermore, the optimal results were analyzed, and a law of parameter optimal design was given. It is proved that this optimization method is effective to optimize the relation of each parameter and make it integrated optimum under each standard. At last, the practical workspace of this hand was analysed and simulated. And a new effective simulation method of workspace was proposed.     

面向人工肌肉驱动器的无模型自适应滑模控制研究

针对人工肌肉驱动器模型的控制策略较为复杂、控制参数较多、调节过程较为繁琐、通用性较差等问题.首先基于梯度法设计了无模型自适应滑模控制器(MFASMC)并对其稳定性进行了证明.然后,利用该控制器分别对离子交换聚合金属(IPMC)以及气动人工肌肉(PAM)两种典型人工肌肉驱动器进行控制仿真实验,从而对其控制精度、适应性及通用性进行验证.由仿真结果可知,通过设计控制器参数的调节规律,MFASMC算法可以实现对控制参数的快速在线调节,故对于不同种类的人工肌肉驱动器避免了繁杂的数学建模过程及控制参数调节过程,具有良好的适应性及通用性.     

Analysis of characteristics of a pneumatic miniature robotic system

This paper described the structure of a flexible miniature robotic system which can move in human cavities, and then analyzed the characteristics of the robotic system in detail. The mobile mechanism of the miniature robotic system is soft; it makes inchworm-like movement driven by a 3-DOF pneumatic rubber actuator and holds its positions by air chambers. The driving characteristic models in axial and bending directions of the actuator were set up and the kinemics equations of the robotic system were set up. Experiments had been done through an electro-pressure control system, by which the pneumatic robotic system can be controlled with high accuracy. It is suitable for moving in human cavities for medical inspection.